Импульсные устройства - устройства, предназначенные
для генерирования и преобразования импульсных сигналов, а также
сигналов, форма к-рых характеризуется быстрыми изменениями,
чередующимися со сравнительно медленными процессами (паузами).
И. у. применяют в разл. радиоэлектронных устройствах и электронных
системах, включая ЭВМ. Они входят в состав многих физ. приборов и
установок, в частности связанных с физикой элементарных частиц: ускорителей, анализаторов излучений и др. В эксперим. ядерной физике процессы в детекторах
частиц преобразуются в электрич. импульсы, к-рые затем подвергают
временному и амплитудному анализу. При временном анализе устанавливают
временные характеристики одиночных импульсов и потоков импульсов.
Амплитудный анализ состоит в установлении распределения амплитуд
импульсов (см. Амплитудный анализатор, Амплитудный дискр иминатор).
Импульсы. В большинстве случаев в И. у. используют видеоимпульсы - кратковрем. униполярные изменения тока или напряжения, разделённые паузами (см. также Импульсный сигнал
).Различают след, элементы видеоимпульса: резкий подъём (фронт),
медленно меняющуюся часть (вершину), быстрый спад
(срез), часто завершающийся длинным "хвостом". Иногда после фронта и
среза наблюдаются быстро затухающие колебания (двусторонние выбросы).
Параметры импульса: размах (амплитуда) А, длительность tи, отсчитываемая на заранее обусловленном уровне (напр., 0,1A, 0,5А), длительности фронта и среза. Последние обычно отсчитывают между уровнями (0,1-0,9)А. Для нек-рых задач важным параметром является спад или подъём на вершине DA.
Если детальная конфигурация импульса не имеет существ, значения, форму
видеоимпульсов идеализируют и говорят о прямоугольных, треугольных,
трапецеидальных, колокольных (гауссовых) экспоненциальных и др.
импульсах.
Помимо одиночных н нерегулярно следующих во времени потоков импульсов на
практике используют периодпч. последовательности, к-рые дополнительно
характеризуют периодом (ср. периодом) Т пли частотой повторения F=T-1. Важным параметром периодич. последовательности является скважность потока Q=T/tи
При генерировании мощных видеоимпульсов в промежутках между импульсами
(в паузах) производится запасание энергии в накопителях, а её
высвобождение - за время tи. При Qд1 в нагрузке реализуются огромные мощности, в Q
раз большие средней.
При передаче сообщений периодич. импульсная последовательность
подвергается модуляции по периоду (частоте повторения), временному
положению (фазе), амплитуде или длительности импульсов. Соответственно
различают частотную, фазовую, амплитудную и временную импульсную модуляцию. Существует также кодовая импульсная модуляция,
когда исходное сообщение подвергается дискретизации во времени и
квантованию по уровню; каждому полученному дискрету ставится в
соответствие импульсный код: напр., группа импульсов, различающихся
временными положениями отд. импульсов в группе или к--л. другим
признаком. Модулиров. последовательности используют также при
многоканальной радиосвязи, когда импульсы, принадлежащие отд. каналу,
наделяют к--л. временным признаком (при кодовой модуляции такими
признаками могут служить сами коды импульсов).
В радиоэлектронных устройствах (радиолокаторах, системах радионавигации,
радиосвязи и др.) используют также радио им пульсы - пакеты кратковрем.
эл--магн. высокочастотных колебаний, излучаемых антеннами
радиопередающих устройств и улавливаемых радиоприёмником. Радиоимпульсы
можно рассматривать как результат 100%-ной модуляции высокочастотного
генератора радиопередатчика мощными видеоимпульсами.
Виды устройств. В И. у. используют разл. схемы: дифференцирующие цепи, импульсные трансформаторы, линии задержки и формирующие линии, ключевые схемы, блокинг-генераторы, регенеративные (релаксационные) схемы (мультивибраторы ,ждущие мультивибраторы, генераторы пилообразного напряжения), триггеры,
схемы на туннельных диодах п др. При помощи этих основных схем
осуществляется генерирование импульсов и последовательностей и
разнообразные их преобразования, для чего применяют формирователи
импульсов, кодировщики, временные селекторы, компараторы и др. схемы.
Иногда к И. у. относят также усилители импульсов (видеоусилители), для
к-рых характерны высокое быстродействие (широкополосность), достаточный
динамич. диапазон и (в случае усиления слабых импульсных сигналов) малый
уровень собств. шумов.
При конструировании и применении И. у. возникают две осн. задачи:
обеспечение необходимого быстродействия и требуемой разрешающей
способности. Скорость перехода И. у. из одного состояния в другое
ограничивается инерционностью электронных элементов (диодов и
транзисторов), а также наличием паразитных ёмкостей п индуктивностсй.
Разрешающая способность
оценивается мин. временным интервалом между двумя импульсами или
процессами, к-рые И. у. может воспринимать как раздельные. Для ИI. у.
характерно "мёртвое" время, необходимое для восстановления рабочего
состояния после очередного срабатывания устройства.
Осн. элементами И. у. являются микросхемы на полевых и биполярных
транзисторах в интегральном исполнении, хотя встречаются схемы,
выполненные на дискретных элементах (особенно в тех случаях, когда
требуется очень высокое быстродействие). С совершенствованием технологии
микросхем, уменьшением размеров отд. элементов и использованием новых
материалов и технологии неуклонно возрастает быстродействие и
разрешающая способность И. у. Время перехода из одного состояния в
другое (время срабатывания) может достигать ~10-10с.
И. у. работают с аналоговыми сигналами, т. е. напряжениями и токами,
непрерывно изменяющимися во времени. Однако полезные функции нек-рых И. у.
связаны с фиксацией лишь конечного числа внутр. состояний и определ.
набором уровней на выходе без учёта времени перехода из одного состояния
в другое, т. е. с их работой в качестве цифровых устройств (цифровых
автоматов). К последним относятся разл. преобразователи, запоминающие
устройства, регистры, счётчики импульсов, шифраторы, дешифраторы и др.
Идеализация процессов в реальных устройствах, состоящая в пренебрежении
временем переходных процессов, плодотворна, поскольку позволяет
использовать для анализа цифровых устройств удобный для практики аппарат
булевой алгебры. Однако при рассмотрении вопросов быстродействия,
разрешающей способности и временного согласования работы отд. элементов в
устройствах их приходится анализировать как И. у. с учётом переходных
процессов.
Б. X. Кривицкий
|
|
 |
